Momen Ikatan, Teori Ikatan Valensi dan Hibridisasi

Ikatan kimia adalah proses fisika yang melibatkan interaksi gaya tarik menarik antara dua atom atau molekul, yang menghasilkan senyawa diatomik atau poliatomik menjadi stabil. Secara umum, ikatan kimia dikatakan kuat apabila diasosiasikan dengan adanya transfer elektron antara dua atom yang berhubungan atau adanya keterkaitan satu sama lain. 

Ikatan kimia ini menjaga molekul-molekul, kristal, dan gas-gas diatomik tetap bersama, serta menentukan struktur suatu zat. Kekuatan dari ikatan kimia sangat bervariasi; biasanya ikatan kovalen dan ikatan ion dianggap sebagai ikatan kuat, sedangkan ikatan hidrogen dan ikatan van der Waals dianggap sebagai ikatan "lemah"

• Ikatan Kovalen

Ikatan kovalen merupakan sejenis ikatan kimia memiliki karakteristik berupa pasangan electron yang saling terbagi atau dipakai bersama dalam atom-atom yang berikatan. Adanya tarikan dan tolakan yang stabil akan membentuk atom atom apabila dipergunakan bersama electron. Ikatan kovalen ini memiliki berbagai jenis ikatan. Ikatan tersebut, diantaranya adalah ikatan sigmam, ikatan pi, ikatan logam-logam, interaksi agostik dan ikatan tiga pusat dua electron.

Ikatan kovalen dibagi menjadi dua yaitu ikatan kovalen polar dan ikatan kovalen non polar. Ikatan kovalen polar merupakan ikatan kovalen yang pasangan elektron ikatan (PEI) tertarik lebih kuat ke salah satu atom, atau karena adanya perbedaan keelektronegatifan antar atom. 

Misalnya : pada ikatan H-Cl ( H berada di golongan IA dan Cl berada di golongan VIIA). Sementara untuk ikatn kovalen nonpolar merupakan ikatan dengan pasangan elektron ikatan (PEI) tertarik sama kuat ke semua atom, atau karena tidak adanya perbedaan keelektronegatifan antar atom. Adapun contoh ikatan nonpolar yaitu: pada ikatan H2, Cl2,O 2 dan lain sebagainya.

Pembentukan ikatan kovalen menggunakan rumus titik electron (Struktur lewis). Rumus ini menggambarkan dengan peranan electron valensi dalam membentuk ikatan. Rumus struktur lewis ini menandakan atom di sekelilingnya terdapat tanda titik, silang atau bulatan kecil menggambarkan electron valensi atom yang berikatan satu sama lain. 

Gabungan atom-atom melalui ikatan kovalen akan membentuk molekul dengan jumlah tangan ikatan memberikan informasi jumlah ikatan dalam suatu molekul kovalen. Ikatan kovalen berdasarkan jumlah pasangan electron ikatan yaitu ikatan kovalen rangkap satu, dua dan tiga.

• Ikatan Kovalen koordinasi

Ikatan kovalen koordinasi merupakan ikatan yang terjadio pada electron dalam pasangan elektronnya digunakan dengan bersamaan dan berasal dari salah satu atom yang berikatan. Syarat terjadinya ikatan ini adalah atom pusat harus memiliki PEB atau Pasangan Elektron Bebas. Ikatan kovalen koordinasi dapat dicontohkan pada NH4Cl. 

Ikatan kovalen koordinasi digambarkan dengan lambang elektron yang sama (dua titik). Hal itu menunjukan bahwa pasangan elektron itu berasal dari atom yang sama. Ikatan kovalen dituliskan dengan tanda (-), sedangkan kovalen koordinasi dituliskan dengan tanda ().

• Ikatan Ion

Ikatan ion, atau ikatan elektrovalen, adalah jenis ikatan kimia yang terbentuk antara ion-ion logam dan non-logam (contohnya ion poliatomik seperti ammonium) melalui gaya tarik menarik elektrostatik. Ikatan ini terbentuk dari interaksi antara dua ion yang memiliki muatan berbeda. 

Sebagai contoh, atom klorin membutuhkan satu elektron untuk mencapai keadaan stabil, sedangkan atom natrium perlu menyingkirkan satu elektron dari kulit terluarnya. Dalam hal ini, natrium akan kehilangan satu elektron dan membentuk ion Na+ (kation), sementara klorin akan menerima elektron tersebut dan membentuk ion Cl- (anion). 

Gaya tarik menarik antara ion Na+ dan Cl- ini menghasilkan ikatan ion yang menyatukan keduanya. Keberadaan pada ikatan ion ini dipengaruhi oleh sifat kimia dan fisik dari senyawa yang dihasilkan. Adapun beberapa karakteristik dari ikatan ion adalah sebagai berikut: (1) Logam yang memiliki kecenderungan kehilangan electron dan non logam mendapatkan electron. Makai katan ion umumnya antara logam dan non logam; (2) Penamaan senyawa ion, logam selalu diutamakan dan non logam paling akhir. Misal NaCl (Natrium Klorida); (3) Senyawa memiliki ikatan ion mudah larut dalam air serta pelarut polar lainnya; (4) Senyawa ion dilarutkan dalam pelarut membentuk larutan homogen, larutan cenderung menghantarkan Listrik; (5) Ikatan ion memiliki efek pada titik leleh senyawa, akibat ion cenderung memiliki titik leleh yang lebih tinggi dan ikatan ion dinyatakan stabil pada rentang waktu lebih Panjang.

• Ikatan logam

Ikatan logam terjadi antara atom-atom logam dan bukan merupakan ikatan ion atau kovalen. Teori lautan elektron, yang dikemukakan oleh Drude dan Lorentz, menjelaskan ikatan logam dengan menyatakan bahwa kristal logam terdiri dari kation-kation logam yang terpateri tetap, dikelilingi oleh lautan elektron valensi yang bergerak bebas di dalam kisi kristal. 

Gaya tarik-menarik antara muatan positif dari inti atom logam dan muatan negatif dari elektron valensi yang bebas bergerak menyebabkan terbentuknya ikatan logam. Ikatan logam terjadi karena elektron-elektron valensi logam bergerak bebas dan mengisi ruang di antara kisi-kisi kation logam yang bermuatan positif. 

Elektron-elektron valensi yang bergerak bebas dapat berpindah jika dipengaruhi oleh medan listrik atau panas. Kekuatan ikatan logam ditentukan oleh gaya tarik-menarik antara ion-ion positif dan elektron-elektron bebas. Semakin besar jumlah muatan positif ion logam, semakin besar kekuatan ikatan logam. 

Proses terjadinya ikatan logam melibatkan saling meminjamkan elektron, bukan hanya antara dua atom, tetapi melibatkan beberapa atom dalam jumlah yang tidak terbatas. Setiap atom menyerahkan elektron valensinya untuk digunakan bersama, menciptakan ikatan tarik-menarik antara atom-atom yang saling berdekatan.

• Ikatan Aromatik

Aromatisitas merupakan sebuah sifat kimia dalam bentuk sebuah cincin terkonjugasi yang ikatannya terdiri dari ikatan tidak jenuh, pasangan tunggal atau orbit kosong menunjukan stabilitas lebih kuat dibandingkan sebuah system hanya adanya konjugasi. Aromatisitas dianggap sebagai menifestasu delokalisasi siklik dan resonansi. Hal ini terjadi akibat dari electron-elektron bisa berputar dalam bentuk lingkaran atom-atom yang bergantian antara ikatan kovalen tunggal dan ganda.

• Ikatan Antar Molekul

Mekanisme ikatan antar molekul melibatkan arik-menarik antara muatan positif dan negatif di berbagai sisi molekul. Sifat ini menyebabkan molekul molekul dapat saling berikatan, membentuk benda-benda yang kita temui sehari hari. Adapun Jenis-jenis ikatan antar molekul ialah sebagai berikut:

Ikatan Hidrogen: Terjadi antara hidrogen yang terikat pada atom yang bersifat sangat elektronegatif seperti fluor (F), oksigen (O), dan nitrogen (N). Contohnya dapat ditemukan dalam molekul air (HO), di mana hidrogen (H) terikat pada oksigen (O). Ikatan ini muncul karena adanya tarikan elektrostatik antara muatan positif pada atom hidrogen dan muatan negatif pada atom yang bersifat elektronegatif

Ikatan Van der Waals (Gaya London): Terjadi pada molekul-molekul nonpolar atau molekul yang tidak memiliki kecenderungan pengutuban muatan. Gaya London didasarkan pada teori bahwa elektron pada suatu atom atau molekul tidak pernah berhenti bergerak. Maka, terjadi penumpukan muatan sementara pada satu sisi molekul. 

Adapun contohnya, pada molekul A dan B, mungkin ada pengkutuban negatif pada sebelah kiri. Ketika sisi negatif A bertemu dengan sisi positif B, terjadi tarikan intermolekular yang lemah, membentuk ikatan Van der Waals. Namun, perlu diingat bahwa ikatan ini sangat lemah dibandingkan dengan ikatan kovalen atau ionik, sehingga senyawa-senyawa yang dihasilkan cenderung memiliki sifat nonpolar.

Ikatan Dipol-Dipol: Terjadi pada molekul yang memiliki momen dipol, yaitu adanya perbedaan muatan positif dan negatif dalam molekul tersebut. Meskipun tidak sekuat ikatan hidrogen, ikatan dipol-dipol terjadi pada molekul yang memiliki polaritas. Ini terjadi di antara atom-atom dengan perbedaan elektronegativitas, kecuali pada F, O, dan N yang sudah dijelaskan untuk ikatan hydrogen.

Ikatan Ion Dipol: Ikatan ion dipol terjadi antara ion (kation yang positif atau anion yang negatif) dengan senyawa yang bersifat polar. Ikatan ini terbentuk karena adanya muatan berlawanan antara ion dan molekul polar. Contoh yang disertakan menunjukkan molekul air yang memiliki ikatan ion dipol. 

Air, sebagai molekul polar, dapat berinteraksi dengan ion positif (kation) atau ion negatif (anion), menarik atau menolaknya berdasarkan muatan yang berlawanan.

• Senyawa Polar dan Non Polar

Dalam ikatan senyawa atau molekul kepolaran di perlihatlan melalui 2 jenis yaitu: kepolaran molekul biner dan kepolaran molekul poliatomik. Kepolaran molekul biner dilihat berdasarkan perbedaan kelektronegatifan dua atom yang yang saling terhung satu sama lain. Apanila 2 atom tersebut polar makan penyusunnya molekulnya adalah unsur berbeda, sementara untuk non polar, penyusun molekulnya unsurnya adalah sama. 

Kepolaran Molekul Poliatom tersusun atas 3 atom atau lebih dan umumnya satu atom sebagai pusat dan lainnya berada di sekelilingnya (ligan). Penentuan kepolaran molekul ini dapat ditinjau dengan ligan (atom yang mengelilingi atom pusat). Apabilan semua ligan sama, maka dapat ditinjau berdasarkan struktur. 

Ligan yang berbeda disebut dengan polar, namu sebalikanya untuk ligan sama ditrinjau berdasarkan struktur. Apabila struktur simetris maka bersifat non polar, namun strukturnya tidak simetrik dan memiliki pasangan electron bebas maka bersifat polar.

• Teori Ikatan Valensi

Teori ikatan valensi adalah salah satu konsep awal dalam kimia kuantum yang bermula dari penelitian Heitler dan London pada tahun 1927 tentang ikatan hidrogen. Kemudian, Linus Pauling memperbaiki dan memperluas teori ini dalam jurnal ilmiahnya yang terkenal, "On the Nature of the Chemical Bond," pada tahun 1931. Teori ikatan valensi membicarakan tentang bagaimana orbital atom logam dan ligan berinteraksi dalam membentuk ikatan. 

Menurut teori ini, ikatan pada ion kompleks terjadi karena ligan memiliki pasangan elektron bebas dan atom logam memiliki orbital yang belum terisi. Teori ikatan valensi memperinci sifat-sifat ikatan kimia dalam suatu molekul dengan mempertimbangkan konfigurasi valensi atomnya. 

Prinsip mendasar dari teori ini adalah bahwa ikatan kovalen terbentuk saat orbital dari dua atom bersangkutan saling tumpang tindih atau berbagi elektron, dengan daerah tumpang tindih atau berbagi ini, yang berada di antara inti atom, ditempati oleh sepasang elektron. Teori Ikatan Valensi merujuk pada tiga prinsip utama, yaitu:

- Bilangan kuantum spin yang berlawanan arah digunakan untuk menyusun pasangan elektron dalam atom. Prinsip pengecualian yang dijelaskan oleh Wolfgang Pauli menyatakan bahwa tidak boleh ada dua elektron dalam satu atom yang memiliki keempat bilangan kuantum yang sama. 

Oleh karena itu, orbital yang bersinggungan hanya dapat menampung maksimal dua elektron, dan keduanya harus memiliki spin yang berlawanan. Sebagai contoh, dalam molekul H2 yang terdiri dari dua atom hidrogen (1s), elektron akan berpasangan dengan spin yang berlawanan. 

Ini berarti satu elektron akan memiliki spin ke atas (+1/2), sementara elektron lainnya akan memiliki spin ke bawah (1/2). Prinsip ini memastikan bahwa setiap orbital dalam suatu atom dapat menampung dua elektron dengan spin yang berlawanan, menjaga stabilitas dan aturan distribusi elektron dalam atom tersebut.

- Kapasitas maksimum dalam pengisian orbital ikatan elektron tergantung pada tingkat tumpang tindih orbital. Semakin besar tumpang tindihnya, semakin stabil ikatan tersebut. Sebagai contoh, dalam ikatan HF, orbital 1s atom H akan berpadu dengan orbital 2p atom F yang sudah terisi penuh setelahnya.

- Hibridisasi orbital atom mengacu pada proses penggabungan orbital atom untuk membentuk orbital hibrida yang sesuai dengan jumlah pasangan elektron yang akan membentuk ikatan kimia. Misalnya, dalam hibridisasi atom C, meskipun atom karbon seharusnya membentuk ikatan kovalen CH2 karena memiliki dua elektron tak berpasangan, yang sebenarnya terbentuk adalah CH4 dengan sudut C-H sebesar 109,5 derajat, bukan CH2 dengan sudut C-H 90 derajat.

Teori ikatan valensi menjelaskan bahwa ikatan kovalen terbentuk melalui tumpang tindih orbital atom yang sebagian terisi, dengan masing-masing orbital mengandung satu elektron. 

Ketika sebagian dari satu orbital dan sebagian dari orbital lainnya menempati wilayah ruang yang sama, terjadi tumpang tindih antara orbital pada dua atom yang berbeda. Menurut teori ini, ikatan kovalen terjadi ketika dua kondisi terpenuhi: (1) Tumpang tindih orbital: Orbital pada satu atom tumpang tindih dengan orbital pada atom kedua; (2) Pembentukan pasangan elektron: Elektron tunggal di setiap orbital bergabung membentuk pasangan elektron. 

Dengan demikian, pembentukan ikatan antara atom terjadi melalui proses tumpang tindih orbital atom. Dua atom mendekat dan awan elektron mereka bersatu, membentuk molekul yang stabil. Tumpang tindih ini memungkinkan elektron-elektron tersebut untuk digunakan bersama, yang pada gilirannya menghasilkan ikatan yang lebih kuat dan stabil antara atom-atom tersebut.

• Hibridiasasi

Atom memiliki orbital dengan tingkat energi yang berbeda, seperti orbital s yang memiliki energi lebih rendah daripada orbital p dan orbital d. Ketika molekul atau ikatan kimia terbentuk, beberapa orbital atom pusat bercampur untuk membentuk serangkaian orbital dengan energi yang sama, yang disebut orbital terdegenerasi. 

Orbital yang dihasilkan ini dikenal sebagai orbital hibrida, yang kemudian akan tumpang tindih dengan orbital ligand dalam proses yang disebut hibridisasi. Hibridisasi adalah konsep yang menggambarkan penggabungan orbital atom untuk membentuk orbital hibrida yang cocok untuk pasangan elektron yang membentuk ikatan kimia. Dalam proses ini, orbital s, p, dan kadang-kadang d dari atom pusat bercampur untuk membentuk orbital hibrida yang memiliki bentuk dan orientasi yang sesuai untuk berikatan dengan atom lain.

Sebagai contoh, dalam karbon, setiap ikatan tunggal antar atom karbon adalah ikatan sigma (), yang merupakan jenis ikatan kovalen terkuat. Ikatan sigma terjadi karena adanya tumpang tindih orbital secara aksial (ujung orbital saling bertemu), memungkinkan elektron tunggal dari masing-masing atom karbon untuk berpasangan dan berbagi elektron. 

Dengan demikian, inti atom karbon terhubung melalui jembatan ikatan yang kuat. Hibridisasi menjelaskan sifat ikatan atom secara kualitatif dan penting untuk memahami bentuk orbital dalam molekul. Dalam kimia organik, hibridisasi sangat penting untuk menjelaskan struktur molekul yang melibatkan atom-atom seperti karbon (C), nitrogen (N), dan oksigen (O). Beberapa jenis hibridisasi yang umum melibatkan orbital s, p, dan d